水泥工艺知识培训-摘要.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流水泥工艺知识培训-摘要.精品文档.讲座的主要内容：一、水泥发展简史及新疆水泥发展状况二、水泥的定义、分类和命名及我厂生产的水泥性能和使用范围三、水泥的生产过程和方法四、水泥的主要技术性能五、质量控制的主要项目及控制意义水泥质量问题处理的案例六、国内外水泥及水泥基材料研究进展七、凝 石与水泥对比资料八、混凝土外加剂的定义及分类一、水泥的发展简史 水泥生产技术是由气硬性胶结材料石灰生产技术演变发展而来的。早在1756年英国人在建造灯塔时，发现以含少量粘土的石灰石烧成的石灰，经消解后使用具有水硬性，而且比用纯石灰石所烧成的石灰强度大。1800年前后

2、，比利时，法国，英国先后有人利用含有2030%黏土的石灰石，烧成了水硬性更强的水泥。但是含有适量黏土的石灰石并不是到处都有，因此天然水泥的生产受到限制。1810年多普斯用黏土和石灰石两种原料，经人工磨细和以最佳比例配制，烧成了与天然水泥品质一样的水泥，解决了原料和配制问题，人工合成水泥问世。1822年佛罗斯特发现取自煅烧过度已半熔化或熔化而固结成块的熟料，经粉碎制成的水泥水硬性更强。1824年英国人阿斯普丁（JAspdin）通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料，由它制成的砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石，由此将这种胶凝材料命名为“波特兰水泥”。然而当时生产出的材料就其化学成分和特性

3、而言只相当于罗马石灰，因为并没有煅烧到熔融程度。到1843年JAspdin的儿子WAspdin在其新建的工厂里才真正生产出波特兰水泥，所以，应将1824年作为波特兰水泥名称的诞生年，1843年是波特兰水泥工业产品的诞生年，至今已有156年的历史。水泥中出现最早应用最为普遍的是硅酸盐水泥，国外称波特兰水泥。 最初生产的水泥熟料是用烧石灰的土立窑煅烧的，1910年出现了水泥专用的机械化立窑，当时称自动化立窑。回转窑也是19世纪出现的，英国人TR，Crompton曾于1877年申请了用回转窑煅烧水泥熟料的专利，但没有实现，1885年英国人FredenvRansome取得了水泥回转窑的专利，1887年

4、建成了第一台回转窑，试验虽未成功，却奠定了回转窑的基本系统，18981899年间，在英国、美国、德国等相继投产了真正能正常生产的回转窑，一般直径1820米，长2025米，日产量约3050吨。回转窑开始采用干法，4050年代又盛行湿法，1929年诞生了第一台半干法立波尔窑，1953年出现悬浮预热器窑，从60年代又转向发展干法，1971年末日本预分解窑投入生产，直到今天仍是以预分解窑为主要窑型，最大的窑日产能力已达10000吨熟料，一般也在30005000吨。 中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年又在唐山兴建水泥厂，1906年投入生产，即现在的启新水泥厂，

5、从此诞生了中国水泥工业。以后又陆续在上海、南京、广州、四川等地建了一些湿法回转窑，日本人在东北建了一些干法和半干法回转窑，1942年的最高年产量达到229万吨。50年代中国引进了一批湿法回转窑，60年代以后大量装备中国自己制造的湿法窑和半干法窑，70年代开始大量发展立窑，80年代引进几套大型预分解窑，同时也开始装备中国自己制造的小型预分解窑，到目前中国有水泥工厂8000多家，年产量达5亿多吨。中国水泥工业的结构与众不同，现在仍以立窑为主，立窑生产的水泥约占78，新型干法窑生产的水泥量约占4，其他回转窑生产的水泥占18。在国外，立窑是于6070年代逐步被淘汰的，目前已很少见了。 中国生产的水泥也

6、以硅酸盐水泥为主，能生产的水泥品种有6070种，品种和数量已基本能够满足国内市场需求。水泥标号以中低标号为多，按1995年的统计，325占37.7，425占51.7，525占9.1，625占0.17，特种水泥占1.4。这两年水泥供应相对过剩，市场对水泥质量的要求日益提高，估计高标号水泥的比重会有所提高。 中国水泥工业发展前途十分广阔，水泥产量还将继续提高，按国外对81个国家的统计得出的规律，国民生产总值超过1000美元人年时水泥消费量上升最快，世界平均水平人均水泥年消费量达到600公斤，亚洲最高超过1000公斤。国民生产总值在800012000美元人年时为巩固时期，水泥消费量不再增长，此后开始

7、下降。如按此规律推算中国水泥人均消费量也将达到500600公斤人年，水泥总产量将达67亿吨。在产品质量、工艺、装备等方面会逐步提高，达到国际一般或先进水平。新疆水泥工业在与内地执行相同的产业政策时遇到了难题。近几年，国家产业政策规定禁止建设日产2000吨以下的新型干法水泥生产线，但新疆有些生产线并没有达到这个要求，所以企业很难享受国家贷款贴息和税收等优惠政策；偏远地区其他形式的工艺生产线，更是无法取得生产许可证。大规模新型干法水泥在新疆发展局限性很大。乌鲁木齐、昌吉是新疆经济最发达、水泥消费最集中的地区，目前市场总容量也只有二三百万吨。如果按照国家产业政策规定年产120万吨，水泥产能一次性增加

8、过大，市场将出现严重过剩。 新疆经济发展不平衡，区域之间差别很大。少数地县偏居沙海戈壁，每年只有几万或十几万吨的水泥需求量。由外地运入的运距通常在200-580公里，而且多数地区交通不便。仅运费一项，每吨水泥价格就增加80至230元，导致这些地区水泥供不应求，价格居高不下，制约了当地经济的发展。二、水泥的定义、分类和命名凡细磨成粉末状，加入适量水后成塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。水泥按其用途和性能可分为三类：1、通用水泥：用于一般土木建筑工程的水泥；2、专用水泥：专门用途的水泥；3、特性水泥：某种性能比较突出的水泥为了命名

9、的需要和方便，在水泥分类的基础上，又将水泥按主要水硬性物质分为硅酸盐水泥（波特兰水泥）、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、佛铝酸盐水泥和以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。同时对水泥技术特性给与明确的划分，如按快硬性分为快硬和特快硬两类；按水化热分为中热和低热两类；（一）、通用水泥：以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。包括硅酸盐水泥（PI.PII）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥(P.S)、火山灰质硅酸盐水泥(P.P)、粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)、复合硅酸盐水泥（P.C）、石灰石硅酸盐水泥（二）、专用水泥：按专门用途命名，并可冠以不同型号。例

10、如油井水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、道路水泥等（三）、特性水泥：以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。如白色硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等常用水泥的定义和使用范围。1、普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、615%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO。 使用范围：一般地上工程和不受侵蚀作用的地下工程、以及不受水压作用的工程；早期强度要求较高的工程；无腐蚀的水中工程；在低温条件下需要早期强度发展较快的工程。不适用于大体积混凝土工程；受化学侵

11、蚀水及压力水作用的工程；水利工程中的水中部分2、矿渣硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号PS。使用范围： 地下、水中工程经常受较高水压的工程；大体积混凝土工程；受海水及硫酸盐类溶液侵蚀的工程；受热混凝土工程。不适用于早期强度要求高的混凝土工程；严寒地区并在水位升降范围内的混凝土工程 3、复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）代号PC。使用范围： 一般混凝土工程；大体积混凝土工程；受化学侵蚀水及压力作用的工程。不适用于早期强

12、度要求高的混凝土工程；抗冻、抗渗要求较高的工程。4、白色、彩色硅酸盐水泥由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏（或掺入各种有机、无机颜料）磨细制成的白色水泥（彩色水泥）。使用范围：建筑装饰工程，制造彩色砼或人造大理石等制品。5、中热硅酸盐水泥 以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。代号PMH使用范围：由于水化热较低外，干燥收缩小、对硫酸盐抵抗性强。主要用于水库和大型桥墩的施工以及体积巨大的建筑物的施工。6、快硬硫铝酸盐水泥 凡以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏和010%的石灰石，磨细制成的早期强

13、度高的水硬性胶凝材料称为快硬硫铝酸盐水泥代号RS AC使用范围：主要用作配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀腐蚀等混凝土；负温施工（冬季施工）、浆锚、喷锚支护；拼装、节点、地质固井、抢修、堵漏；水泥制品、玻璃纤维增强水泥GRC制品及一般建筑工程。三、水泥生产过程和方法水泥的生产过程可简称为“两磨一烧”，即分为3个阶段：1、生料制备 石灰质原料、黏土质原料与少量铁质校正原料经破碎后按一定比例配合磨细，并调配成成分合适、质量均匀的生料。2、熟料煅烧 生料在水泥窑内煅烧至部分熔融得到以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。 3、水泥粉磨 熟料添加适量石膏，有时还有一部分混合材料或外加剂共同磨细制成水泥。水泥的生产方法

14、按生料制备的方法分为：湿法 采用湿法生产时，把各种原料加水进行粉磨和混合，得到粘稠的料浆（称生料浆，一般含水分3334），入水泥窑煅烧。干法 采用干法生产时，原料需预先干燥，然后进行磨碎和混合，制得干细粉末（称生料粉，一般含水量应1，入窑物料为干粉。半干法 介于湿法与干法之间的生产方法，将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水（一般加水 1214），制成料球再入窑煅烧。目前主要有两大类水泥窑：回转窑：窑筒体卧置（略带斜度），并能作回转运动。立窑：窑筒体立置，不转动。由于生产方法的不同，各水泥窑煅烧反应带的划分不完全相同，但基本反应过程是相同的，窑内物料均经历干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应

15、、熟料烧结反应以及冷却等过程。四、水泥的主要技术性能水泥品质的好坏，主要取决于水泥技术性能的好坏，水泥的主要技术性能有： （1）细度：细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的性质有很大影响。颗粒愈细，水泥水化反应愈快而且较完全，早期强度和后期强度都较高，但在空气中的硬化收缩较大，成本也较高。而水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。水泥颗粒粒径一般在00070.2mm范围内。 （2）凝结时间：水泥的凝结时间对施工有重要意义，水泥加水拌合（调和成标准稠度）到开始失去可塑性所需的时间称为初凝时间。已经初凝的水泥，塑性大为降低。水泥从加水到完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。已经终凝的水泥才

16、初步具有强度。为了保证在施工中有足够的处理时间，并满足施工中操作的要求，通常要求水泥的初凝时间不宜过早而终凝时间不宜过迟。国家标准规定初凝时间不合格的水泥是废品水泥，终凝时间不合格的水泥为次品水泥。 （3）标号与强度：水泥的标号与水泥的强度是密切相关的。但二者的概念并不相同。标号是根据按国家标准强度检验方法测得的规定龄期的抗折强度和抗压强度确定的，即把水泥和标准砂以l：2.5的比例，加入规定数量的水按规定的方法制成4cm*4cm*16cm。的水泥砂浆试件，按要求进行标准养护（温度为20士2水中），到规定龄期后，测其抗压、抗折强度来确定水泥的标号。水泥的标号越高，其强度也越高。 （4）体积安定性

17、：体积安定性简称安定性，是指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性。事实上，水泥遇水后，在凝结硬化的过程中，体积必然要发生变化，但变化不能太大并应保持均匀。水泥中如果含较多的游离氧化钙、游离氧化镁或三氧化硫，就能使水泥结构产生不均匀的体积膨胀，导致膨胀性裂缝，降低质量，甚至崩溃。国家标准规定体积安定性不合格的水泥是废品水泥，不得使用。 （5）水化热：水泥与水的作用为放热反应，随着硬化过程的进行，不断放出热量，这种热量称为水化热。水泥水化热的大小、放热的快慢，除了决定于水泥成分外，还与水泥的细度、水泥中掺混合材料及外加剂的品种、数量等有关。水泥的水化热对施工应用有很大的影响。对于小断面小体积的混凝土构

18、件的低温施工，水化热可加快其硬化速度。但对于水坝、大型基础等大体积混凝土工程、则由于水化热积聚在内部、不易散发，内部温度上升过高、致使混凝土产生内应力而开裂或破坏。故在大体积混凝土工程中，为降低水泥的放热量，宜采用低热水泥。通过外掺粉煤灰等掺合料或采用各种特殊的冷却方法，使内部温度不致上升过高。 （6）MgO和SO3的含量：MgO和SO3的含量过多时都会导致水泥硬化后发生体积膨胀性破坏，导致水泥结构开裂，甚至崩溃。所以国家标准规定MgO和SO3的含量超过标准含量时，水泥为废品水泥，不得出厂。五、主要过程质量控制指标名称控制项目取 样 点合格率技 术 指 标出磨生料CaO下 料 口60%K0.3

19、0%细 度下 料 口87.5%KFe2O3下 料 口80%K0.20%入窑生料CaO下 料 口80%K0.30%Fe2O3(灰)下 料 口/K0.20%全 分 析留 样/生产煤烘干水分下 料 口90%2.5%煤粉细度下 料 口80%12.0%工业分析留 样/入窑煤粉灰份下 料 口70%相邻两次2.0%挥发份熟料烘干水份(白)下 料 口95%2.0%f-CaO下 料 口85%灰1.5% 白3.0%立 升 重下 料 口85%K75g/L白 度(白)下 料 口85%75全 分 析留 样KH70%n85%P85%KH:K0.02n:K0.10P:K0.10物理性能留 样/出磨水泥混合材水分烘干机出口9

20、0%2.0%配 比配料称85%K2.0%细度/比面积水泥磨出口85%K/KSO3水泥磨出口70%K0.30%MgO水泥磨出口100%见公司内控标准物理性能留 样/出厂水泥袋 重工 房100%单袋净重49Kg，20袋总重量1000Kg物理性能下 料 口100%符合国家标准主要质量控制指标目的1、为什么要控制水泥熟料中的氧化镁含量？什么情况下要进行压蒸试验？水泥熟料中的氧化镁主要是由原料带入，配料用石灰石中氧化镁含量过高时，烧成的熟料就会形成未化合的游离氧化镁。由于缓慢的水化和体积膨胀可使硬化后的水泥石结构破坏。水泥或水泥熟料中氧化镁含量为5.06.0%时规定要进行压蒸试验，这是因为在某些特定条件

21、下，可能游离氧化镁含量过高造成后期膨胀的潜在危害性。由于游离氧化镁比游离氧化钙更难水化，沸煮安定性法不能检定，因此必须用压蒸实验进行检验。2、为什么要严格控制水泥中的三氧化硫含量？通用水泥标准中规定，矿渣水泥的三氧化硫含量不得超过4.0%，其他五种水泥的三氧化硫含量均不得超过3.5%。水泥中三氧化硫主要是磨制水泥时为调解凝结时间加石膏而来的，也可能是煅烧熟料加入石膏矿化剂或由原燃材料带入熟料成分的。适量的SO3能改善水泥性能，如提高水泥强度，降低涨缩性，改善抗冻、耐蚀和抗渗性等。但SO3超过一定限量后，水泥性能会变坏甚至引起硬化后水泥石体积膨胀，破坏结构。因此，水泥中三氧化硫最大允许含量必须严

22、格限制。3、水泥安定性不合格的原因及危害A水泥安定性不合格的内在原因造成水泥安定性不合格的主要原因是由于水泥熟料中的f CaO（或者还有少量MgO、SO3）。我们知道，水泥熟料中最主要的化学成分是 CaO，它与SiO2生成硅酸钙，与Al2O3和Fe2O3生成铝酸盐和铁铝酸盐。要生产出高品位的优质水泥，就需要有足量的碱性氧化物（即CaO）来满足酸性氧化物的需要。但在生产过程中，由于配料比例失当或煅烧温度低以及熟料冷却方式不当，其中一部分CaO就不能完全与酸性氧化物化合或是已形成的C3S发生分解，从而以f CaO的形式存在于水泥熟料中。这种经高温烧成的晶体颗粒呈死烧状，遇水后水化速度极慢。在水泥水

23、化、硬化的过程中，f CaO在水泥具有一定的强度后才开始水化，并伴随一定的体积膨胀，从而导致混凝土内部产生巨大的膨胀应力，致使混凝土的强度急剧下降。当膨胀应力超过混凝土的强度极限时，就会引起混凝土的开裂和损坏。B安定性不合格水泥对混凝土的危害凡工程中使用了安定性不合格的水泥，均造成了程度不同的质量问题。事故发生的部位和损坏程度如下：（1）砌体部位：轻者砂浆达不到设计强度，重者砂浆几乎没有强度。随着砂浆中水分的析出干燥，砂灰变酥，用手指即可轻易扒下，墙体粘结强度远远达不到设计要求，甚至出现崩裂和损坏。（2）装饰工程：使用在内外墙裙、踢脚线、抹灰层、场地及地面工程的混凝土砂浆，轻者装饰层无强度、起

24、皮、开裂、掉砂、起泡等，重者抹灰层出现大面积脱落、掉皮，或因经不起风雨的冲刷而在短期内毁坏。（3）混凝土工程：用于混凝土工程的板、梁、柱及预制构件处的混凝土材料，浇筑后凝结缓慢、无强度，随后便在构件表面出现不规则的裂纹。尤其是位于承重部位的阳台、梁、挑檐板、雨篷等，拆除模板的同时就可能发生断裂或损坏。 C对水泥安定性的简易判定方法判别用于混凝土工程的水泥的安定性是否合格，有以下几种简易方法：（1）合格水泥浇筑的混凝土外表坚硬刺手，而安定性不合格水泥浇灌的混凝土给人以松软、冻后融化的感觉；（2）安定性合格的水泥浇筑的混凝土多数呈青灰色且有光亮，而不合格水泥浇筑的混凝土多呈白色且黯淡无光；（3）合

25、格水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力强、粘结牢，石子很难从构件表面剥离下来，而安定性不合格的水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力差、粘结力小，石子容易从混凝土的表面剥离下来。4、关于水泥的细度有位混凝土专家访问新疆归来时对我说：“你们水泥工作者强调水泥磨细一点早期强度高一点，这种观点不利于混凝土制备，新疆某大型预热器窑的工厂所产水泥有混凝土裂纹现象，而改用其它厂水泥问题小得多。所以水泥早强不必太高，细度不必太细”。 上面提到的新疆某大型厂生产的水泥存在混凝土开裂问题，不排除干旱大风地区对活性较高的水泥养护制度不适应的原因，也应考虑到用辊压机球磨联合粉磨系统所产水泥颗粒级配不理想的原因，也不排除水泥中碱含

26、量较高的因素。当碱含量较高时为了提高28d强度而提高水泥比表面积致使早期强度很高的可能性也存在。在我国水泥工业发展过程中，水泥界前辈黄大能同志一贯坚持水泥应磨得细一点以免浪费水泥熟料潜在的活性的观点；另一位前辈吴中伟同志在逝世前站在水泥工业可持续发展的角度，大力提倡多掺磨细混合材，以少掺熟料，减少地球的温室效应并节约能源。同时水泥磨得细一点，早期强度就高一点。然而水泥工业的服务对象是混凝土行业，在市场经济的条件下，必须考虑用户的困难和要求。例如南粤某大型水泥粉磨厂，也是采用辊压机球磨联合粉磨系统，当使用某种熟料时，混凝土坍落度损失偏高，而用另一种熟料问题就小一点。鉴于上述情况，建议各厂在执行新

27、的水泥国家标准时，除了努力提高熟料活性，改变水泥细度外，重视水泥颗粒级配对混凝土性能的影响，尽量调整均匀性系数n值接近1.00。在使用较新的节能型粉磨系统的工厂，可以考虑以分别粉磨混合材的方法，结合建立水泥配制站，根据用户需要掺以不同配比的磨细矿渣、粉煤灰、石灰石等，调节水泥性能以满足混凝土工程需求。六、国内外水泥及水泥基材料研究进展新世纪国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体（CO2、SO2和NOx等）排放以及低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等

28、方面，具体表现在两个方面： 一是国际水泥工业技术与装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展，如高效预热分解系统、第三代“控制流蓖板”和第四代“无漏料横杆推动”蓖式冷却机、新型辊式磨及辊压机粉磨系统、自动化控制及网络技术、新的熟料烧成方法如流态化床和喷腾炉烧成技术、高效除尘技术、炯气脱硫除氮技术等的开发和应用，使水泥工业进人现代化发展期；二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物的资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相承，推动了水泥工业的可持续发展。 1 水泥的生态化制备和生态水泥

29、的发展. 随着科学技术的发展和人们环保意识的增强，水泥工业的可持续发展越来越得到重视，自20世纪7O年代开始，美国、法国、德国、日本等工业发达国家就已研究和推进废弃物替代天然资源的工作，并在二次能源的综合利用方面取得良好进展。 根据欧共体的统计，在其成员国中利用二次燃料替代天然燃料用于水泥生产的替代率平均为12，荷兰最高，可达72，其他如瑞士、比利时、奥地利、法国等国的替代率也高达2731；全球最大的水泥制造商Laftilge公司可燃废弃物的燃料替代率在50以上。这类废弃物主要包括废轮胎、废塑料、废有机溶液、废油以及其它工业可燃废料等.生态水泥的研究也是目前水泥研究的热点之一。生态水泥是一种新

30、型的波特兰水泥，其中含有20左右的C 11A7CaC12（代替 C3A），它适用于建造房屋、道路、桥梁和混凝上制品等。这种水泥的研制不仅解决了城市及工业垃圾处理问题，而且还通过垃圾的循环利用系统保护了环境。如日本的小野田水泥公司和太平洋水泥公司在得到日本政府“生态城市计划” 资助下，于20世纪8O年代末 90年代初，小野田水泥公司由日通产省投资，开始研发“生态水泥”生产线，主要采用城市焚烧垃圾灰和下水道淤泥作为基本原料进行水泥的生产，以消化大量城市垃圾。其中在TOKYO在三多摩地区垃圾处理场建设水泥生产线规模为年产水泥16万t，年处理垃圾量12.4万t，相当于年处理400多万居民排放的生活垃圾

31、；而在 CHIBA。建成年产10万t生态水泥生产线年处量200多万居民生活垃圾。目前，日本正着手制定生态水泥标准的工作，通产省已于2000 年5月公布暂行标准性质的“标准情报”，计划三年内完成JIS（日本工业标准）的制订工作。 在我国，上海金由水泥厂、北京水泥有限责任公司等水泥企业出进行了利用水泥窑处理有害废弃物的焚烧试验，但此项工作仅是一个开始。 2 先进水泥基材料的研究. 随着建筑业、海洋业和交通业等的飞速发展，超高、超长、超强和在各种严酷条件下使用建筑物的出现，对水泥与混凝土材料提出了更高的要求，高强度、长寿命、低环境负荷是当代水泥材料发展的主要方向。先进水泥基材料以现代材料科学理论为指

32、导，以未来胶凝材料为主要研究目标，其目的是把传统的水泥与混凝土材料推向高新技术领域进行研究和开发。目前这类材料主要有超高强水泥块材料无宏观缺陷水泥（Macro Defect Free Cement,MDF）、含均匀分散超细颗粒致密体系水泥（Densified System Containing HOMOGENOUSLY Arranged Ultra-fine Particled,DSP）。由于这两类材料可在较低温度下成型而无需像陶瓷一样需高温烧结即可形成堪与陶瓷材料相批美的优良性能，所以又称化学结合陶瓷材料（Chemically Bonded Ceramics,CBC）等，其中DSP材料主要是

33、由细磨的波特兰水泥（平均粒径在1015m）和颗粒组成为50A0.5m均匀分布的超细粉体（包括硅灰、矿渣、粉煤灰等）组成。通过采用分散剂和超塑化剂消除颗粒之间的表面力聚集作用和大幅减少需水量，显著地降低水泥硬化体结构的空隙率，实现水泥基材料的高强化。纯DSP水泥的抗压强度可达200800Mpa，通过与纤维复合得到的DSP水泥，断裂功可达9000 J/m抗弯强度在70MPa以上；MDF水泥材料的抗拉伸强度可达 150MPa，而在纤维增韧条件下，其断裂功高达105J/m。由于DSP、 MDF材料的抗压强度、抗弯强度、弹性模量以及材料的韧性等性能较传统水泥具有不可比拟的优越性，这类新型材料在特殊下程、

34、高强复合材料、模具材料等方而将有比较广阔的应用潜力，已有少量进人实际应用阶段。这一类材料的应用与发展促成了传统水泥基材料性能质的飞跃，成为水泥基材料由传统材料向高新技术材料转化的重要开端。 3 以节能为中心低钙水泥熟料体系的研究和开发：从水泥矿物着手开发节能型矿物体系，即低烧成温度及易磨性好的矿物和矿物体系，是实现水泥工业节能、环保的有效技术途径。因此，降低熟料组成中CaO的含量，即相应增加低钙贝利特矿物的含量，或引入新的水泥熟料矿物，可有效降低熟料烧成温度，减少生料石灰石的用量，从而降低熟料烧成热耗。目前，国内外已先后开发出了C2S一C11A7CaF2，C2S C4A3s，C3SC4A3A和

35、硅酸盐体系等节能矿物体系。其中在承担国家“九五” 和“十五”科技攻关项目的研究工作中，由中国建筑材料科学研究院研制、开发并应用于国家重点工程的高贝利特水泥（即低热硅酸盐水泥）是近年来国内外在水泥基材料研究的又一重大突破。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系，即熟料I 矿物也是由C3S、C2S、C3A和C4AF组成，两者不同之处主要是高贝利特水泥是以贝利特矿物（C2S）为主，其含量在50%左右。低热硅酸盐水泥的研制成功，在制备工艺技术上解决了C2S矿物的活化和高活性晶型的常温稳定这两个国际难点，并首次实现了在水泥回转窑系统直接制备高活性的高性能低热硅酸盐水泥熟料。以硅酸二钙为主导矿物的低热硅

36、酸盐水泥在制备工艺上具有低资源、能源消耗、低环境负荷和低综合生产成本等特点，其烧成温度为1350C左右，比通用硅酸盐水泥低100，烧成过程中CO2、SO2、NO2等废气排放量降低10以上；在水泥性能上，低热硅酸盐水泥28d抗压强度与通用硅酸盐水泥相当，后期强度高出通用硅酸盐水泥5 10MPa，而水泥的水化热低于通用硅酸盐水泥20以上，实现了水泥的低热、高强和高性能。此外，由于其熟料中的C3S和C3A含量低，因而低热硅酸盐水泥还具有优异的抗硫酸盐性能、抗折强度高，干缩低，耐磨性能好等特性，能很好地满足高性能混凝土的高工作性、高强度和高耐久性三大技术要求，尤其适用于高性能混凝土、高强高性能混凝土、

37、水工大体积混凝土的制备.4 高胶凝性高钙水泥熟料体系的研究.“高性能水泥制备和应用的基础研究”是“973”国家重点基础研究发展规划项目，以实现水泥的高性能化为研究目标，主要围绕以下三个方面开展研究了作： （1）提高水泥熟料的胶凝性； （2）通过对工业废弃物进行合理的活化处理，开辟出能够调节水泥性能的新的辅助胶凝组分，尽可能大量地取代水泥熟料； （3）通过大幅度提高水泥应用过程中的水泥基材料耐久性，延长建筑物安全使用寿命，大幅度降低水泥的长期需求量，建立由高胶凝性水泥熟料与低钙的性能调节型材料共同构成的强度与耐久性兼优的高性能水泥材料新体系，实现水泥和水泥基材料的高性能化和生态化。5 工业废弃物

38、的资源化、无害化利用的研究 随着全球经济的发展和工业化进程的加快，每年都有大量的废渣排放，主要有粉煤灰、炉渣、高炉矿渣、钢渣、煤矸石、特种冶金渣、电石渣、锂渣、碱渣等。为了保护环境、变废为宝和保持可持续发展，世界各国水泥学者已开展了大量的研究工作并将取得大量的研究成果应用于水泥混凝土生产中，如在日本，目前仅在水泥生产中各种废弃物的利用率达到近40。我国早在20世纪50 年代就开始了对工业废渣的利用研究，目前对量大推广的一些工业废渣如粉煤灰、矿渣等的综合利用已经形成了一系列相当成熟的综合利用技术，并已广泛应用于水泥生产、混凝土掺合料和混凝土制品之中。 此外，随着水泥混凝土技术发展以及人们对节约资

39、源、能源和环境保护的日益关注，在水泥混凝土的制备过程中，利用二次燃料、各种工业废渣甚至城市固态废弃物的综合利用比比皆是。从环境保护和可持续发展的角度来看，水泥混凝土行业利废实现了资源化利用，具有十分重要的环境和社会意义。但由些带来的问题也不容忽视，由于水泥和混凝土中大量使用各种工业废弃物，不可避免地导致混凝土中某些有害物质（Cr、Pb、Cu、Cd、As、Cl离子等）的含量大大增加，而其中一些含量相对较高的有害物质是否会从水泥混凝土中溶出（leaching）从而导致二次环境污染？该问题已引起了国际混凝土界的普遍关注和高度重视。目前国外工业达国家对此已开展了大量的基础研究工作，如瑞典战略环境研究基

40、金委已经资助瑞典Chalmers工业大学对该问题进行研究；荷兰在1996年实施了一项法规，规定用于地下或作基础用的任何建筑材料部必须通过环境影响评估试验；而欧洲标准委员会已提交一份“关于硬化混凝土在天然环境中的溶出行为特征” 的技术报告，目的是希望加大对混凝土中有害物质溶出问题的研究力度和环境影响的评估。 6 结语 我国是水泥工业大国，水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位，虽每年水泥产量已达到8亿t以上。但目前我国水泥工业仍然存在一系列问题；如企业平均规模小、结构不合理、总体产品质量较低、生产能源资源消耗高、环境污染严重等等。在可持续发展已成为人

41、类共识的今天，我国水泥及水泥基材料研究重点为： （1）利用水泥工业可有效消纳和降解废弃物的独特优势，加大对各种固体废弃物的资源化利用；（2）大力发展替代能源、资源或低品位原燃料在水泥工业的综合利用技术； （3）研究开发低能源资源消耗、低环境负荷及高性能特色的水泥。以实现水泥工业低污染、低排放，推进水泥工业成为资源、环境与人类社会协调、持续发展的循环经济产业体系。七、凝 石最近，人民日报、中央电视台都先后对清华大学特聘教授孙恒虎发明的“凝石”作了报道，中国水泥网还召开了“凝石”高峰论坛会议，这些宣传在中国水泥界一时间引起很大反响，许多人提出了疑问，一些小型水泥厂欲改产“凝石”作为摆脱困境的解决方

42、案。以经过高温过程的固体废物或火山灰类物质为主要原材料（掺量大于90%，可不需要烧制水泥熟料），模仿火山灰大地成岩过程，经配方设计，配料计算制备而成的硅铝基水硬性胶材料称为凝石。凝石是一类可以在许多场合取代水泥，但又有着许多与传统水泥不同的优异特性的硅铝基胶凝材料体系。普通水泥的生产由于要以石灰石为主要原料煅烧水泥熟料，正在引起严重的环境污染、生态破坏能源浪费、资源枯竭等一系列问题。凝石的生产与使用过程是火山成岩过程的仿真。凝石生产的能耗只有普通硅酸盐水泥的3050，几乎不产生污染物，是2 1世纪最具发展潜力的绿色胶凝材料。凝石是根据火山成岩原理，以循环经济思想为指导，运用地球化学岩石矿物学理

43、论、分子设计理论以及材料仿地设计原则等手段，对工业固体排放物(如煤矸石、尾砂、粉煤灰以及冶金渣等)进行匹配设计，所获得的能够在常温常压下聚合成类天然岩石的生态胶凝材料。凝石的硬化体是以硅氧四面体和铝氧四面体以顶角相连而形成的具有非晶态和半晶态特征的三维网络状固体材料。阳离子填充在网络的空隙中以平衡由铝的四次配位而形成的负电价。共价键结合是凝石网络体及其与骨料边界结合的本质特征。黄大能：我认为要把“凝石”代替“波特兰水泥”，还得把这二者并在一起比较，对比它们的各种性能，特别是使用效果。“波特兰水泥”（Portland Cement）世界通用了也快年，各种工程，包括高层建筑、水利工程、道路桥梁都已

44、用了多年，依靠它的质量标准和测试结果，不论强度、耐久性都已十分令人信服，迄今没有其他材料可以代替，波特兰这一名称原是英国一个地名（我国第一个国家标准称它为硅酸盐水泥，其性能含义与波特兰相同）。但我国第一个国家标准与其他国家不尽相同，即除掺加石膏与水外，还允许掺加若干限量的混合材料（粒化高炉矿渣，或其他火山灰质材料）。另外，按照一定测试方法，还把它分成若干不同强度标号，即所谓“多品种多标号水泥”，以满足不同砼工程质量的不同需要和控制水泥的不同用量。 根据水泥标准和砼工程应用情况来看，“凝石” 如果要取代“波特兰水泥”就必须把两者在检中表现的性能对比一下，才可考虑取代问题。尤其需要比照两者的需水性

45、，是水性实质上在砼中是表达它的流变性，也就是表达这种同时具有“粘、强、塑”性的物体在硬化过程中形态的变化，也就是物体的“物理、化学、力学”变化理论，称为流变性（）或流变理论，我这里就不便深入谈下去了。但“凝石”如果要替代“波特兰水泥”，则必须对它凝固过程中的流变性规律加以掌握，并在成型为砼结构工程时保证工程质量。水泥要与混凝土结合起来考虑，说到“凝石”也必须掌握好“凝石”成为混凝土后的性能。目前就我所掌握资料来看，对此还一无所知，所以下不了任何结论。林宗寿：所谓“凝石”其实就是“碱矿渣水泥”所谓“凝石”其实就是“碱矿渣水泥”（或“碱激发胶凝材料”），不是什么新的东西。按国家标准制定的水泥命名原

46、则，不应称为“凝石”。虽然“凝石”这名字很好听，很有创意，但我认为还是符合国家标准规范，叫碱矿渣水泥为好。 碱矿渣水泥在我国虽然已研究了十几年，该产品也确实可以使用，在某些场合可代替部分传统水泥混凝土，但还没有建立起一整套产品国家标准或行业标准规范，以及建筑部门的设计规范等。而且，市场对此产品的认识不够，所以，我个人认为：目前还不宜大面积推广，要做的工作还很多。 作为一个科技工作者，应该实事求是，不能误导用户，把一个产品说得天花乱坠。应该对用户负责，该产品优点在哪里？缺点又在哪里？要对用户有个明确的交代。王燕谋：对“凝石”的看法 众所周知，硅酸盐水泥已有180年生产和使用历史，公认是安全可靠的

47、当代建筑胶凝材料。全世界年产量有20多亿吨，我国年产量已达9亿多吨。然而，长期以来，人们仍在不断寻找性能更好、价格更低、生产时更能节省资源的新型建筑胶凝材料，向硅酸盐水泥发起阵阵挑战，这在社会进步史上是很正常的事，“凝石”研究本身也是无可非议的。 早在20世纪50年代，苏联人首先研究出碱矿渣水泥，此后，其他国家也相继投入力量开发这种水泥。碱矿渣水泥是用磨细粒化高炉矿渣与碱性激发剂配制而成，还可用钢渣、磷渣、粉煤灰和赤泥等部分或全部代替高炉矿渣，作为激发剂的有水玻璃、苛性碱和芒硝等。碱矿渣水泥具有很高强度，3天抗压强度达4060MPa，28天抗压强度达7090MPa，还有水化热低、抗渗和耐腐蚀性强等特性。这些性能对研究者具有很大吸引力。但是，碱矿渣水泥存在耐久性问题，主要表现在长期抗折